以解決復雜工程問題能力為導向的測繪工程專業實踐課程體系構建

蘇 勇,熊俊楠,劉福臻,劉 姍,賈宏亮,戴小軍

(西南石油大學a.土木工程與測繪學院;b.教務處,四川 成都 610500)

十九大以來,中國特色高等教育發展進入了新階段。目前正處于以規模擴張為主的外延式發展向以提高質量為主的內涵式發展的轉型過程中。2018年6月,新時代全國高等學校本科教育工作會議以堅持“以本為本”,推進“四個回歸”,加快建設一流本科教育,全面提高人才培養能力為主題,高揚人才培養主旋律,把本科教育放在了前所未有的戰略高度,吹響了建設中國特色世界一流本科教育的集結號,開啟了中國高等教育發展的新篇章。

高等工程教育建設是一個國家發展水平和發展潛力的重要標志,只有堅持內涵式發展,才能促進新工科、新經濟的蓬勃發展。2006年6月,我國正式加入《華盛頓協議》,標志著我國高等工程教育發展取得歷史性突破。高等工程教育應圍繞《工程教育專業認證標準》不斷努力提高人才培養質量,以達到國際等效。2017年以來,教育部積極推進新工科建設,先后形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”等,并發布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》等文件,探索形成領跑全球工程教育的“中國模式”和“中國經驗”,以實現助力高等教育強國建設。

解決復雜工程問題能力是工程教育認證中畢業要求的關鍵點,如何結合新形勢、新業態,構建滿足復雜工程問題能力培養所需的專業理論和實踐課程體系,是當前高校工科專業人才培養面臨的重要課題。

一、測繪工程專業實踐課程中的復雜工程問題

培養學生解決復雜工程問題能力是《華盛頓協議》的核心,即以學生為中心的教育理念、“產出導向”的教育體系和“持續改進”的質量觀。構建解決復雜工程問題能力的實踐課程體系,需對復雜工程問題、復雜測繪工程問題進行分析。開展現有實踐課程達成度評價,分析存在優勢與不足,在新的人才培養方案修訂時,應對其優化、重組和調整。

復雜工程問題的主要特征如下:(1)需通過深入運用工程原理分析才可解決;(2)涉及多方面技術、工程和其他因素,各因素間存在一定沖突;(3)需建立合適的抽象模型,建模過程中體現創造性;(4)不是僅靠常用方法就可以完全解決的;(5)問題中涉及因素可能不完全包含在專業標準和規范中;(6)問題相關各方利益不完全一致;(7)具有較高的綜合性,包含多個相互關聯的子問題。其中,特征(1)是復雜工程問題的本質,特征(2)至(7)分別從不同的角度對復雜測繪工程問題進行了刻畫和描述。與之等效的《工程教育專業認證標準》給出了12條畢業要求,其中9條涉及復雜工程問題。

測繪工程專業涵蓋內容廣、服務領域寬,隨著人工智能、高分辨率遙感衛星、無人機航測遙感系統、北斗衛星導航系統等高新技術的不斷發展,測繪儀器裝備、技術方法、作業模式等發生了巨大變化。復雜測繪工程問題除了具有復雜工程問題的7個特征外,通過對先進技術、多源數據和按需服務的集成,實現了人與人、人與設備、設備與設備之間的互聯;通過獲取空天地海與多源時空信息的數據,實現技術、產品、生產與商業模式的創新,使專業測繪正逐漸向泛在測繪和數據-信息-知識服務轉型。因此,解決復雜測繪工程問題,除了對本專業知識的全面、系統掌握外,還需具備對新方法、新技術和相近專業知識的學習能力,以及對測繪數據進行深加工、再分析并轉化為知識的能力。

經過多年辦學積累和持續改進,西南石油大學測繪工程專業構建了較為完備且涵蓋專業知識理論與實踐課程的教學體系,但對照工程教育新要求和測繪地理信息發展新業態,實踐教學課程在新方法、新技術和對相近專業知識的學習上稍顯不足。盡管支撐測繪數據處理、分析、應用的教學內容較充足,但在培養學生將數據轉化為知識的意識和能力方面仍需加強。

二、面向解決復雜測繪工程問題能力的培養目標與畢業要求

西南石油大學測繪工程專業人才培養秉承“實事求是,艱苦奮斗”的學校優良傳統,積極踐行“明德篤志,博學創新”的校訓。一方面注重培養學生的數理、計算機、測繪等方面專業知識;另一方面積極依托校內外實踐教學平臺,借助競賽與科技項目等第二課堂,培養學生的創新實踐能力,并取得了顯著成效。在綜合考慮復雜工程問題特征和測繪地理信息行業新發展趨勢基礎上,以及專業發展定位和特色,學校制定了西南石油大學測繪工程專業人才培養目標:即培養具有良好思想道德修養,具有較強社會責任感和較高職業素養,德智體美勞全面發展,掌握測繪工程專業理論基礎知識,具有較強實踐能力和創新意識、創新精神,能在測繪及相關領域從事生產、設計、開發、研究及管理工作的復合型人才。依照本目標培養的測繪畢業生,畢業5年左右,達到測繪工程師的技術水平,能夠在各自崗位上實現測繪技術創新和利用測繪新技術進行測繪生產。

根據測繪工程專業培養目標和工程教育認證通用標準,制定本專業畢業要求如下:

(1)掌握工程知識:具有數學、物理、計算機等自然科學基礎知識,掌握測繪學科的基本理論、方法及基本技能,能解決測繪工程項目中的復雜工程問題。

(2)具備問題分析能力:能夠應用數學、物理學等自然科學及工程科學原理,結合文獻調研和其他獲取信息方法,分析測繪工程項目中的復雜工程問題,并獲得可靠結論。

(3)設計/開發工程解決方案:掌握測繪工程項目內外工作方法,開展測繪工程項目方案設計、測繪工程項目實施、項目工程監理與技術評價等工作,并能在設計環節中考慮社會、健康、安全、法律、文化、環境等因素。

(4)開展學術研究:掌握大地測量、攝影測量與遙感、地理信息系統的理論、方法及技術,具備運用多學科方法開展空間數據采集、處理和解釋分析等綜合研究的基本能力。

(5)合理使用現代工具:能夠使用測繪相關專業儀器設備和軟件,解決測繪工程領域復雜技術問題。

(6)注重工程與社會協調關系:能正確認識測繪工程項目對社會、健康、安全、法律以及文化的影響,具有相應的環保、法律及安全等意識,并掌握解應承擔的責任。

(7)堅持可持續發展理念:熟悉國家有關測繪地理信息方面的方針、政策及法規,能夠了解和評價測繪項目實施過程中對環境、經濟和社會可持續發展的意義。

(8)遵守職業規范:具有良好的人文社會科學素養,崇尚科學,具有嚴謹治學、理論聯系實際、開拓進取、求實創新的科學作風和較強的社會責任感及良好的職業道德。

(9)注重個人和團隊協作關系:具有較強的團隊意識和協作精神,能夠在多學科背景下的團隊中承擔個體、團隊成員以及負責人的角色。

(10)具備良好溝通能力:能夠就復雜工程問題與業界同行及社會公眾進行有效溝通和交流;掌握一門外國語言,能閱讀本專業的外文文獻,并具有聽、說、讀、寫的基本能力;具備一定的國際視野,能夠在跨文化背景下進行溝通和交流。

(11)能夠獨自負責項目:掌握測繪工程監理、項目經濟評價和流程管理的決策方法,并在測繪工程實踐中加以應用。

(12)堅持終身學習:具有健康的體魄和良好的心理素質;具備終身獲取新知識的意識,和不斷學習和適應發展的能力。

三、面向解決復雜測繪工程問題的實踐能力及其課程

(一)測繪工程專業實踐能力

1.學科基礎能力

為保證學生順利掌握本學科專業技術,要求學生掌握的學科基礎能力主要包括:數理基礎理論、計算機應用能力、外國語言應用能力。

能力1:具備數理應用能力,掌握高等數學、線性代數、概率統計等數學基礎方法和相關軟件,具備將數理知識應用于工程實踐的能力。

能力2:具備計算機程序設計能力,掌握計算機程序設計方法,具備一定的測量程序設計開發能力。

能力3:具備一種外國語言應用能力,掌握一定的外語交流、閱讀和寫作能力。

2.專業核心能力

要求學生具備空間數據獲取、內外業數據處理和測繪項目管理實施等專業核心技術與能力。通過專業核心能力的培養和訓練,使學生具有從事測繪專業相關工作必備的技術和能力,為學生就業和綜合創新奠定堅實基礎。

能力4:具備外業數據采集能力,掌握經緯儀、全站儀、水準儀、GNSS接收機、無人機、三維激光掃描儀、相對重力儀、陀螺儀等儀器設備的使用方法。

能力5:具備內業數據處理能力,掌握數字化成圖軟件、測量平差軟件、遙感圖像處理軟件、地理信息系統軟件、攝影測量軟件等相關專業軟件的使用方法。

能力6:具備測繪項目實施能力,掌握測繪項目的規劃、設計、組織、實施、管理等項目實施方法。

3.綜合創新能力

學生在學習掌握學科基礎能力和專業核心能力基礎上,通過參與體現學科特色的專業品牌實踐,參與部分跨專業、跨學科類的實踐項目,以及參與創新創業類訓練項目、科技創新等活動,提升綜合應用和實踐創新能力,增強管理、組織、溝通、協調等方面的能力。

能力7:具備測繪科技創新能力,掌握測繪科技創新的前沿理論和技術,具備一定的測繪科研能力。

能力8:具備跨學科綜合應用能力,掌握計算機、地理學、工程地質、土木工程、地球物理等學科知識,具備多學科綜合交叉應用能力。

能力9:具備創業實踐能力,掌握創新創業知識,具備將專業知識轉化為社會生產的能力。

(二)測繪工程專業主要實踐課程及培養路線圖

測繪工程專業人才培養方案課程共170學分,其中實踐課程學分占30%,折算成總學時為816學時,由第一課堂、第二課堂實踐環節構成。第一課堂實踐課程包括課程實驗、實習、課程設計、畢業設計等,主要包括工程認知實踐、認識實習、數字化地形圖測繪實習、GNSS大地測量實習、工程測量綜合實習、攝影測量與遙感綜合實習、《誤差理論及測量平差基礎》課程設計、《地圖制圖學基礎》課程設計、畢業設計(論文)。第二課堂實踐課程主要包括思政課社會實踐、職業能力實踐、勞動教育實踐、創新創業實踐等。

實踐課程由學科基礎實踐、專業核心實踐、綜合創新實踐三個部分組成(圖1)。學科基礎實踐主要在第一、第二學年完成,包括數學實驗、物理實驗、工程認知實踐、認識實習等;專業核心實踐主要在第二、第三學年完成,包括大地測量學基礎實驗、數字地形測量學實驗、GNSS原理及其應用實習、數字地形圖測繪實習、GNSS大地測量實習、《誤差理論及測量平差基礎》課程設計、《地圖制圖學基礎》課程設計等;綜合創新實踐主要在第三、第四學年完成,包括工程測量綜合實習、攝影測量與遙感綜合實習、畢業設計(論文)等。

圖1 測繪工程專業實踐能力培養路線圖

實踐課程借助校內實習實訓基地和校外產學研基地,融入了高分辨率遙感衛星影像處理、北斗衛星導航定位系統、無人機航測遙感系統等行業新內容,以及采用了人工智能、機器學習、大數據等測繪地理信息行業新方法。

四、測繪工程專業實踐創新能力培養成效

通過對學生解決復雜工程問題能力的培養,測繪工程專業學生2014、2016、2018年連續三屆獲全國高等學校大學生測繪技能大賽團體一等獎,其中2018年測量程序設計單項以全國第二的成績獲特等獎;2014—2019年連續五年獲全國高等學校大學生測繪科技論文競賽一等、二等獎;2014—2019年連續五屆獲省大學生測繪技能競賽團體一等獎;2019年獲四川省“互聯網+”學生創新創業大賽金獎。測繪工程專業本科生發表論文數、申請發明專利和軟件著作權數量持續增加。通過畢業生滿意度調查發現,畢業生對專業實踐教學課程設置、教學內容等的滿意度明顯提升。

五、結語

培養學生解決復雜工程問題能力,是當前國內高等工程教育發展的重要任務。通過分析當前國內高等教育、高等工程教育面臨的新形勢,指出測繪工程專業解決復雜工程問題所需要的能力。結合西南石油大學辦學定位,通過對測繪工程專業2020級人才培養方案進行修訂,從培養目標、畢業要求、實踐教學能力培養進行分析,建立了滿足新時期測繪工程專業人才培養需要的實踐教學課程體系,其結果可為測繪工程及相關專業學生解決復雜工程問題能力培養提供支撐。